WO2011098477A1 - Echangeur de chaleur vibrant - Google Patents

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WO2011098477A1
WO2011098477A1 PCT/EP2011/051880 EP2011051880W WO2011098477A1 WO 2011098477 A1 WO2011098477 A1 WO 2011098477A1 EP 2011051880 W EP2011051880 W EP 2011051880W WO 2011098477 A1 WO2011098477 A1 WO 2011098477A1
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WO
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plates
exchanger
perforations
exchanger according
axis
Prior art date
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PCT/EP2011/051880
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English (en)
Inventor
Jérôme DENIS
Sébastien LOGETTE
Marielle Coste
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Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
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Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0012—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B17/00—Methods preventing fouling
    • B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G7/00—Cleaning by vibration or pressure waves

Definitions

  • the field of the invention is that of the design and manufacture of heat exchangers.
  • the invention relates particularly to heat exchangers that can be used in the context of the treatment of fouling and / or corrosive fluids.
  • the invention relates to vibrating plate heat exchangers.
  • Plate heat exchangers are commonly used in the treatment of different types of water, for example to condense or evaporate compounds they contain.
  • the plate heat exchangers consist of a stack of plates, generally parallelepipedic, defining a first channel for the circulation of a first fluid and a second channel for the circulation of a second fluid, the first and second channels being disposed of. relative to each other to allow the first and second fluids to exchange heat.
  • the plates are stacked one on top of the other and can be welded together or held together with bolts.
  • the fouling of the exchangers induces essentially two disadvantages: it reduces the exchange of heat between the fluids passing through the exchanger;
  • Heat exchangers must be cleaned regularly to recover their initial performance.
  • the cleaning of the plate heat exchangers can for example be obtained by injecting water at high speed by means of a pump.
  • Japanese patent application JP-A-4306495 describes such a technique.
  • the cleaning of the heat exchangers can also be obtained by injecting a chemical cleaning solution.
  • the exchanger plates are disassembled and cleaned before being reassembled.
  • preventive techniques whose implementation prevents or at least limit the fouling of heat exchangers, and remove or reduce accordingly the frequency of implementation of curative techniques.
  • Japanese patent application JP-A-4306495 describes such a preventive technique which consists in vibrating a plate heat exchanger by translating it oscillatingly along an axis perpendicular to the plates.
  • preventive or curative cleaning techniques are particularly advantageous insofar as they respectively make it possible to prevent the fouling of a heat exchanger or to unravel a heat exchanger. However, they have some disadvantages.
  • the vibration of the heat exchanger contributes to limit its fouling by reducing the adhesion on the plates of the particles present in the fluids.
  • This technique is not optimal, however. It only allows to limit the clogging of the exchanger but not to avoid it. Therefore, it is in practice necessary to implement, although more spacially in time, curative cleanings of the exchanger.
  • the vibration of the exchanger tends to weaken the welds of the exchangers whose plates are welded together.
  • the invention particularly aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • an object of the invention is to provide a vibrating plate heat exchanger whose implementation helps to prevent clogging of the plates at least in better proportions than allow the techniques of the art prior.
  • the invention also aims to provide such a technique that avoids, or at least limit the implementation of curative cleanings of a plate heat exchanger.
  • an object of the invention is to provide such a technique which prevents, or all the month limits the implementation of chemical to ensure the cleaning of a plate heat exchanger.
  • Another object of the invention is to implement such a technique that improves the heat exchange between the fluids flowing inside a plate heat exchanger.
  • the invention also aims to provide a heat exchanger whose size is smaller than that of a heat exchanger according to the prior art with equivalent performance.
  • the invention also aims to provide such a plate heat exchanger that is simple and economical to manufacture.
  • a vibrating heat exchanger comprising a plurality of plates stacked on each other, said plates defining a first channel allowing the circulation of a first fluid and a second channel for circulating a second fluid, said first and second channels being disposed relative to each other to allow said first and second fluids to exchange heat.
  • said plates are circular and stacked concentrically along a stack axis
  • the heat exchanger comprises means for rotating oscillating said exchanger around said stack axis.
  • an oscillating or oscillatory rotation of the exchanger consists of driving it in rotation about its axis in one direction then in the other according to at least one portion of a turn: the exchanger is driven in the direction hourly then counterclockwise, then clockwise ...
  • the invention is based on a completely original approach which consists in providing a circular plate heat exchanger stacked concentrically along a stack axis around which the exchanger can be driven in oscillatory rotation by means of means for rotating.
  • the technique according to the invention also makes it possible to reduce the size of the heat exchanger with equivalent performances.
  • said plates are recessed in their center.
  • This feature also has the advantage of ensuring that the fluid velocity at the surface of the plates is never zero, which helps prevent fouling on the entire surface of the plates.
  • said plates preferably have a thickness of less than one millimeter.
  • said means for rotating comprise an unbalance motor and a shaft connected to said motor and secured to said exchanger, the axis of said shaft coinciding with said stack axis.
  • This implementation makes it possible to rotate the exchanger around the stacking axis of the plates in a simple, reliable and efficient manner.
  • said stacking axis extends vertically.
  • said stacking axis extends horizontally.
  • the choice of the direction of the stacking axis is related to the nature of the rotating means used.
  • said rotating means are provided for printing said exchanger oscillating rotation movement around said stack axis at a frequency between 10 and 60 Hz and preferably between 25 and 50 Hz.
  • the oscillating rotation of the exchanger at such frequencies makes it possible to generate a large shear force on the surface of the plates while preserving the integrity of the exchanger.
  • said exchanger is rotatable about said stacking axis ( ⁇ ) in oscillations of angular amplitude less than or equal to 15 °.
  • An exchanger according to the invention preferably comprises seals sealing means interposed between said plates, a lower clamping plate and an upper clamping plate, said plates being held together between said lower and upper clamping plates by means of bolts.
  • the plates of an exchanger according to the invention are not secured to each other by means of weld seams. On the contrary, they are fixed together by bolts.
  • the exchangers according to the invention are therefore easy and inexpensive to manufacture. They also resist vibration well.
  • said plates are traversed by perforations for the passage of said fluids, said perforations being provided at the periphery of said plates.
  • each of said plates is traversed by two perforations, said perforations being provided along two axes orthogonal to said stacking axis which extend in the plane of said plate and form between them a non-zero angle ⁇ .
  • Said seals each have two diametrically opposed fluid passages.
  • Said plates are stacked in pairs so that one of their perforations coincides with one of the perforations of the superimposed plate and the other of its perforations is diametrically opposed to the other perforation of said superimposed plate.
  • Said seals are arranged between said plates so that they each have a passage which coincides with two coinciding perforations of two superimposed plates.
  • each of the fluids circulating in the exchanger allows each of the fluids circulating in the exchanger to enter the space formed between two plates and to leave them by means of diametrically opposed ports.
  • the flow directions of the hot and cold fluids intersect.
  • the heat transfers within the heat exchanger are thus optimized because the flow of fluids within the exchanger is close to a flow of the countercurrent type.
  • the value of said angle ⁇ is of the order of 90 °. This makes it possible to further improve heat exchange within the exchanger.
  • said exchanger comprises means for activating / deactivating said rotating means at a predetermined time interval.
  • the exchanger can thus be momentarily rotated and then momentarily kept stationary for predetermined periods. This may especially be the case when the fluids flowing there are weakly fouling. It is thus possible to save energy.
  • an exchanger comprises means for injecting at least one abrasive agent into at least one of said first and second fluids upstream of said first and / or second channels.
  • abrasive agent (s) in the fouling fluid (s) is intended to reduce, even more, the possible risks of deposition on the surfaces of exchange. Furthermore, the addition of abrasive agent (s) in the fouling fluid (s) does not influence the normal operation of the heat exchanger and makes it possible to overcome phase curative cleansing.
  • These abrasive agents may advantageously be in the form of abrasive particles.
  • FIG. 1 illustrates a perspective view of a heat exchanger vibrator according to the invention capable of rotating about a vertical axis
  • FIG. 2 illustrates means for transmitting an oscillating rotational movement to an exchanger according to the invention
  • FIG 3 is a sectional view of the exchanger illustrated in Figure 1 along a plane passing through the axis of this exchanger;
  • FIG. 4 illustrates a view from above of a plate of an exchanger according to the invention
  • Figure 5 illustrates a top view of a central seal intended to be interposed between two plates of an exchanger according to the invention
  • FIG. 6 illustrates a perspective view of a peripheral seal intended to be interposed between two plates of an exchanger according to the invention
  • FIG. 7 illustrates an exploded view of a stack of plates and joints of an exchanger according to the invention
  • Figure 8 illustrates a perspective view of a vibrating heat exchanger according to the invention capable of rotating about a horizontal axis.
  • the general principle of the invention is based on a heat exchanger with circular plates concentrically stacked along a stack axis and which can be driven in oscillatory rotation by means of rotation around the axis of rotation. stacking.
  • the invention thus makes it possible in particular: avoid or at least significantly reduce the fouling of the plate heat exchanger;
  • FIG. 1 In relation with FIG. 1, an embodiment of a vibrating heat exchanger according to the invention is presented.
  • such a vibrating heat exchanger 10 comprises a concentric circular plate heat exchanger 11.
  • This heat exchanger 11 is mounted on a shaft 12 whose axis coincides with the axis along which the plates of the exchanger 11 are stacked.
  • the shaft 12 is connected to oscillating rotation means of the exchanger 11 around the stack axis of the plates.
  • the rotating means comprise an unbalance motor 13 and transmission means (not shown) by means of which the shaft 12 is connected to the motor 13.
  • the transmission means may for example comprise a connecting rod 20, one end of which is secured to the output shaft 21 of the motor 13, and the other end of which is secured to a pulley 22 secured to the shaft 12.
  • the rotation of the motor 13 generates an oscillating rotation according to the arrow A of the shaft 12 and the exchanger 11 which is integral therewith.
  • the oscillating rotation means of the exchanger are provided so that the frequency of the oscillations is equal to 40 Hz.
  • the frequency of the oscillations may be between 10 and 60 Hz and preferably between 25 and 50 Hz.
  • FIG. 3 illustrates a sectional view along the plane P of the plate heat exchanger 11, which in this embodiment is of multipass type and the circulation of the fluids is countercurrent.
  • the heat exchanger 11 comprises a plurality of plates 31 stacked concentrically one above the other along a stacking axis ⁇ . Seals 32 and 48 are interposed between the plates 31. The plates 31 and the seals 32, 48 are held stacked between a lower clamping plate 33 and an upper clamping plate 34 secured to each other by means of screws 35. which pass right through the upper clamping plate 34, the plates 31, the seals 32 and are screwed into the lower clamping plate 33.
  • a compensation plate 36 is interposed between the lower clamping plate 33 and the last plate 31 '.
  • This compensation plate 36 may allow, when removed, the addition of other plates 31 to modify the performance of the heat exchanger 11 according to the desired performance. It also makes it possible to modulate the mass of the exchanger according to the number of plates and seals used so as to respect the torsional stress allowable by the shaft.
  • This compensation plate is therefore a security element.
  • the heat exchanger In order for the shaft to twist properly, the heat exchanger must have a given mass which is determined by the mechanical and geometrical characteristics of the shaft. Thus, if the number of plates and joints is insufficient to reach this determined mass, we must add the mass, hence the implementation of the compensation plate.
  • the plates 31 are recessed in their center.
  • a threaded rod 37 screwed into the lower clamping plate 33 extends perpendicularly thereto.
  • the plates 31 are stacked along the threaded rod 37.
  • a nut 38 screwed to the end of the threaded rod 37 is tightened against the upper clamping plate 34 to hold the plates 31 compressed against each other at their center.
  • An end 39 of the shaft 12 is secured to the lower clamping plate 33 by means of screws 40 such that the axis ⁇ of the shaft 12 coincides with the stacking axis ⁇ .
  • the plates 31 define a first channel for the circulation of a first fluid and a second channel for the circulation of a second fluid, the first and second channels being arranged relative to each other to allow the first and second fluids to exchange heat.
  • the exchanger 1 1 has a first inlet 41 and a first outlet 42 for the first fluid. It also has a second input 43 and a second output 44 for the second fluid.
  • FIG. 4 illustrates a view from above of a plate 31.
  • the plates 31 have a circular contour and a central recess 47. They are pierced all along their periphery by holes 45 provided to allow the screws 35 to pass. They are also traversed by two perforations 46 formed along two axes orthogonal to the stacking axis ⁇ which extend in the plane of each plate 31 and form between them a non-zero angle ⁇ . In this embodiment, the angle ⁇ is equal to 90 °. These perforations 46 are formed at the periphery of the plates 31 and respectively allow the passage of the first and second fluids.
  • the plates 31 have a thickness of less than 1 millimeter.
  • Figure 6 illustrates a peripheral seal 32 to be interposed between the plates 31 at their outer peripheral contour.
  • This is a flat annular seal. It is traversed all along its periphery by holes 49 provided to allow the passage of screws 35.
  • This seal also has two diametrically opposed fluid passages 50 provided to coincide with some of the perforations 46 of certain plates 31 as will be explained more in detail thereafter. It is for example made of rubber.
  • FIG. 7 illustrates the manner in which the plates 31 are stacked.
  • the heat exchange is of the single-pass type and is done in countercurrent.
  • the plates 31 are stacked in pairs so that one of their perforations 46 coincides with one of the perforations 46 of the superimposed plate 31 and the other of its perforations 46 is diametrically opposed to the other perforation 46 of the plate 31. superimposed.
  • the peripheral seals 32 are arranged between the plates 31 so that they each have a passage 50 which coincides with two perforations 46 coinciding with two plates 31 superimposed.
  • a peripheral seal 32 is placed on the lower clamping plate 33 so that one of its passages 50 coincides with the second outlet 44.
  • a central seal 48 is deposited in the center of the lower clamping plate 33.
  • plate 31 is then deposited on the seal 32 so that one of its perforations 46 coincides with the passage 50 of the seal 32 coinciding with the second outlet 44, and the other of its perforations 46 is diametrically opposed to the first inlet 41.
  • Another peripheral seal 32 is deposited on the plate 31 in such a way that one of its passages 50 coincides with the perforation 46 diametrically opposed to the first inlet 41.
  • a central seal 48 is deposited in the center of the plate 31.
  • a new plate 31 is deposited on the seals 32 and 48 in such a way that one of its perforations 46 coincides with the passage 50 of the seal 32 coinciding with the perforation 46 and that the other of its perforations ations 46 diametrically opposed to the other perforation 46 of the plate 31 above.
  • a plurality of plates 31 and seals 32, 48 are stacked according to this principle, the last plate consisting of the upper clamping plate 34 whose first outlet 42 is diametrically opposite one of the perforations 46 of the previous plate 31 and the second entry 43 coincides with the other perforation 46.
  • the plates 31 thus define a first channel for the circulation of the first fluid Fl and a second channel for the circulation of the second fluid F2, the first and second channels being arranged relative to each other to allow the first and second fluids to exchange heat.
  • the first fluid F1 enters the exchanger via the first inlet 41 and leaves it through the first outlet 42.
  • the second fluid F2 enters the exchanger via the second inlet 43 and leaves it through the second outlet 44.
  • the first and second fluids circulate inside the exchanger and exchange heat without coming into contact with each other.
  • the lower clamping plates 33 and upper 34 are traversed by four bores 14 capable of providing the input or output function.
  • two of the holes in each clamping plate will be closed so that the fluids circulate inside the exchanger as just described.
  • FIG. 8 illustrates a variant of a vibrating heat exchanger according to the invention in which the shaft 12 extends horizontally and the plates of the exchanger 11 extend vertically.
  • the plates of the exchanger may not be recessed in their center.
  • the materials used for the manufacture of plates and seals may be chosen according to the nature of the circulating fluids through the exchanger.
  • the fluids passing through the heat exchanger may be in the liquid state or in the gaseous state.
  • the different fluids passing through the exchanger may each have a different state. One may be in the liquid state and the other in the gaseous state.
  • abrasive particles having abrasive properties may be provided.
  • the combined effect of vibration and abrasive particles in fouling fluids is to further reduce the potential risk of deposition on the exchange surfaces.
  • the addition of abrasive particles in the fouling fluids does not prevent the normal operation of the heat exchanger and eliminates curative cleaning phase.
  • the particles having abrasive properties may be of the glass microbead type, ceramic microbead, microsand, metal oxide particle.
  • the added particles will have a hardness lower than that of the material constituting the heat exchange plates so as not to damage said plates.
  • the abrasive particles will have a particle size of between 30 and 200 ⁇ m.
  • abrasive particles will be introduced into the fouling fluids upstream of the heat exchanger directly into the feed pipe of the fouling fluid.
  • the feed pipe of a static mixer placed downstream of the zone of introduction of the abrasive particles into the feed pipe will be equipped to ensure a homogeneous mixture of the abrasive particles in the fouling fluid.
  • the heat exchanger can be single-pass or multi-pass.
  • the circulation of the two fluids in the exchanger can be carried out either against the current or co-current.
  • the exchanger may optionally be equipped with means for activating / deactivating the oscillating rotation means at intervals predetermined. Starting, at a predetermined time interval, the oscillating rotation means, makes it possible to save energy. However, the choice to activate the oscillating rotation means will be based on the characteristics of the fluids and in particular their fouling power. Also, depending on the nature of the fouling fluid, it may be decided that the rotating means operate continuously or discontinuously.
  • the activation / deactivation means comprise in particular a timer or an automaton capable of being programmed to switch on or off, at predetermined time intervals, the oscillating rotation means.
  • the implementation of the invention prevents clogging of a plate heat exchanger without requiring the use of adjuvants or chemicals. It thus also makes it possible to increase heat transfer within the exchanger.
  • the technique according to the invention makes it possible to improve heat transfer within the heat exchanger, it is possible to reduce the size of the heat exchanger to an equal level of performance. This helps reduce the cost of manufacturing a heat exchanger.
  • Reducing the size of the exchanger also makes it possible to reduce the size of the pumps used to circulate the fluids through the exchanger.
  • the assembly of the plates by bolting also facilitates assembly compared to welding assembly techniques. It also allows the use of materials with high corrosion resistance which are most of the time difficult to weld. This assembly mode is also versatile in that it allows the addition or removal of plates to change the performance level of the exchanger as needed.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur vibrant (10) comprenant une pluralité de plaques (31) empilées les unes sur les autres, lesdites plaques (31) définissant un premier chenal permettant la circulation d'un premier fluide (F1) et un deuxième chenal permettant la circulation d'un deuxième fluide (F2), lesdits premier et deuxième chenaux étant disposés l'un par rapport à l'autre pour permettre auxdits premier (F1) et deuxième (F2) fluides d'échanger de la chaleur. Selon l'invention, lesdites plaques (31) sont circulaires et empilées de manière concentrique le long d'un axe d' empilement (Δ), et l'échangeur comprend des moyens de mise en rotation oscillante (12, 13, 20, 21, 22) dudit echangeur autour dudit axe d'empilement (Δ).

Description

Echangeur de chaleur vibrant
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication d'échangeurs de chaleur.
L'invention se rapporte particulièrement aux échangeurs de chaleur susceptibles d'être mis en œuvre dans le cadre du traitement de fluides encrassants et/ou corrosifs.
Elle trouve notamment une application dans le cadre du traitement de tout type d'eaux (eaux industrielles, eaux usées, eaux potables ...) ou de boues (effiuent pâteux) .
Plus précisément, l'invention concerne les échangeurs de chaleur à plaques vibrants.
2. Art antérieur
Les échangeurs de chaleur à plaques sont couramment utilisés dans le cadre du traitement de différents types d'eaux par exemple pour condenser ou évaporer des composés qu'elles contiennent.
Les échangeurs de chaleurs à plaques sont constitués par un empilement de plaques, généralement parallélépipédiques, définissant un premier chenal permettant la circulation d'un premier fluide et un deuxième chenal permettant la circulation d'un deuxième fluide, les premier et deuxième chenaux étant disposés l'un par rapport à l'autre pour permettre aux premier et deuxième fluides d'échanger de la chaleur.
Les plaques sont empilées les unes sur les autres et peuvent être soudées entre-elles ou bien maintenues au moyen de boulons.
La circulation des fluides dans les chenaux des échangeurs de chaleur engendre généralement le dépôt de matières à la surface des plaques. Ce phénomène d'encrassement est d'autant plus important lorsque les fluides circulant dans l'échangeur sont encrassants.
L'encrassement des échangeurs induit essentiellement deux inconvénients : il réduit les échanges de chaleur entre les fluides passant dans Γ échangeur ;
il nuit à la bonne circulation des fluides au sein de Γ échangeur.
Les échangeurs de chaleur doivent donc être régulièrement nettoyés afin de recouvrer leurs performances initiales.
On connaît des techniques dites curatives dont la mise en œuvre permet de nettoyer les échangeurs de chaleur.
Le nettoyage des échangeurs de chaleur à plaques peut par exemple être obtenu en y injectant de l'eau à haute vitesse au moyen d'une pompe. La demande de brevet japonais JP-A-4306495 décrit une telle technique.
Le nettoyage des échangeurs de chaleur peut également être obtenu en y injectant une solution chimique nettoyante.
Une autre technique, décrite dans la demande de brevet japonais JP-A-7091882, consiste à venir racler la surface des plaques d'un échangeur avec des éléments de nettoyage prévus à cet effet, afin de retirer le dépôt accumulé à la surface des plaques.
Selon une autre technique, les plaques de Γ échangeur sont démontées et nettoyées avant d'être remontées.
On connaît également des techniques dites préventives dont la mise en œuvre permet de prévenir, ou à tout le moins de limiter l'encrassement des échangeurs de chaleur, et de supprimer ou de réduire en conséquence la fréquence de mise en œuvre des techniques curatives.
La demande de brevet japonais JP-A-4306495 décrit une telle technique préventive qui consiste à faire vibrer un échangeur de chaleur à plaques en le translatant de manière oscillante selon un axe perpendiculaire aux plaques.
Ces techniques de nettoyage préventif ou curatif sont particulièrement avantageuses dans la mesure où elles permettent respectivement de prévenir l'encrassement d'un échangeur de chaleur ou de décrasser un échangeur de chaleur. Elles présentent toutefois quelques inconvénients.
3. Inconvénients de l'art antérieur Notamment, la technique consistant à injecter de l'eau à haute vitesse dans l'échangeur de chaleur nécessite l'utilisation d'une pompe fortement dimensionnée dont la mise en œuvre présente l'inconvénient d'être relativement coûteuse.
La technique consistant à racler la surface des plaques de l'échangeur nécessite l'utilisation de moyens de raclage dont la mise en œuvre se révèle être assez complexe et coûteuse.
La mise en vibration de l'échangeur de chaleur contribue à limiter son encrassement en réduisant l'accrochage sur les plaques des particules présentes dans les fluides. Cette technique n' est toutefois pas optimale. Elle permet seulement de limiter l'encrassement de l'échangeur mais pas de l'éviter. Par conséquent, il est en pratique nécessaire de mettre en œuvre, certes de manière plus espacée dans le temps, des nettoyages curatifs de l'échangeur.
Par ailleurs, la mise en vibration de l'échangeur tend à fragiliser les soudures des échangeurs dont les plaques sont soudées entre-elles.
4. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un échangeur de chaleur à plaques vibrant dont la mise en œuvre contribue à éviter l'encrassement des plaques à tout le moins dans de meilleures proportions que ne le permettent les techniques de l'art antérieur.
L'invention poursuit également l'objectif de procurer une telle technique qui permette d'éviter, ou à tout le moins de limiter la mise en œuvre de nettoyages curatifs d'un échangeur à plaques.
Notamment, un objectif de l'invention est de procurer une telle technique qui prévient, ou à tout le mois limite la mise en œuvre de produit chimique pour assurer le nettoyage d'un échangeur à plaques. Un autre objectif de l'invention est de mettre en œuvre une telle technique qui permette d'améliorer les échanges de chaleur entre les fluides circulant à l'intérieur d'un échangeur à plaques.
L'invention vise également à procurer un échangeur de chaleur dont la taille est inférieure à celle d'un échangeur selon l'art antérieur à performances équivalentes.
L'invention a encore pour objectif de procurer un tel échangeur à plaques qui soit simple et économique à fabriquer.
5. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un échangeur de chaleur vibrant comprenant une pluralité de plaques empilées les unes sur les autres, lesdites plaques définissant un premier chenal permettant la circulation d'un premier fluide et un deuxième chenal permettant la circulation d'un deuxième fluide, lesdits premier et deuxième chenaux étant disposés l'un par rapport à l'autre pour permettre auxdits premier et deuxième fluides d'échanger de la chaleur.
Selon l'invention, lesdites plaques sont circulaires et empilées de manière concentrique le long d'un axe d'empilement, et l'échangeur de chaleur comprend des moyens de mise en rotation oscillante dudit échangeur autour dudit axe d'empilement.
Au sens de l'invention, une rotation oscillante ou oscillatoire de l'échangeur consiste à l'entraîner en rotation autour de son axe dans un sens puis dans l'autre selon au moins une portion de tour : l'échangeur est entraîné en sens horaire puis en sens anti- horaire, puis en sens horaire...
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait original qui consiste à procurer un échangeur de chaleur à plaques circulaires empilées de manière concentrique le long d'un axe d'empilement autour duquel l'échangeur peut être entraîné en rotation oscillatoire par des moyens de mise en rotation.
La mise en œuvre combinée de plaques circulaires concentriques et de moyens pour mettre en rotation oscillante l'échangeur selon l'axe d'empilement des plaques permet, lorsque l'échangeur est mis en mouvement, de créer des phénomènes de cisaillement à la surface des plaques, dus à l'énergie cinétique du fluide, ladite énergie cinétique étant issue de l'énergie mécanique produite par les moyens de mise en rotation oscillante de l'échangeur. Ces phénomènes tendent à limiter voir à supprimer l'accroche à la surface des plaques des particules présentes dans les fluides.
Par conséquent, la mise en œuvre de l'invention permet :
d ' éviter ou à tout le moins de réduire de manière importante l'encrassement de l'échangeur à plaques ;
- de favoriser les échanges thermiques entre les fluides circulant à l'intérieur de l'échangeur.
Il est ainsi possible d'éviter ou à tout le moins de limiter la mise en œuvre de nettoyage curatif de l'échangeur de chaleur à plaques. Il est également possible d'éviter l'utilisation de produits chimiques nettoyants.
La technique selon l'invention permet également de réduire la taille de l'échangeur de chaleur à performances équivalentes.
Elle permet encore de réduire les dépenses énergétiques du fait qu'elle conduit à éviter la mise en œuvre de pompes fortement dimensionnées pour introduire de l'eau dans l'échangeur.
Préférentiellement, lesdites plaques sont évidées en leur centre.
De part et d'autre de chacune des plaques constituant l'échangeur règne généralement une pression différente. Il arrive ainsi fréquemment que les plaques se déforment en leur centre à l'intérieur d'un échangeur. Ce phénomène est appelé le bombage. Pour éviter ce phénomène, l'épaisseur des plaques des échangeurs de chaleur selon l'art antérieur est relativement importante. Le fait de prévoir selon l'invention que les plaques sont évidées en leur centre permet d'éviter que les fluides circulent à l'intérieur de l'échangeur au niveau du centre des plaques. Il n'existe donc pas de différence de pression dans cette région des plaques ce qui conduit à prévenir l'apparition du phénomène de bombage. Il est ainsi possible de diminuer l'épaisseur des plaques. Ceci contribue d'une part à améliorer les échanges de chaleurs entre les fluides circulant à l'intérieur de l'échangeur, et d'autre part de réduire la quantité de matière nécessaire à la fabrication d'un échangeur de chaleur et par conséquent le coût de sa fabrication.
Cette caractéristique présente également l'avantage de garantir que la vitesse des fluides à la surface des plaques n'est jamais nulle, ce qui contribue à prévenir l'encrassement sur l'ensemble de la surface des plaques.
Dans ce cas, lesdites plaques présentent préférentiellement une épaisseur inférieure à un millimètre.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de mise en rotation comprennent un moteur à balourd et un arbre relié audit moteur et solidarisé audit échangeur, l'axe dudit arbre étant confondu avec ledit axe d'empilement.
Cette mise en œuvre permet de mettre en rotation oscillante l'échangeur autour de l'axe d'empilement des plaques de manière simple, fiable et efficace.
Selon une caractéristique avantageuse, ledit axe d'empilement s'étend verticalement.
Selon une autre caractéristique avantageuse, ledit axe d'empilement s'étend horizontalement.
Le choix de la direction de l'axe d'empilement est lié à la nature des moyens de mise en rotation utilisés.
Selon un aspect préféré de l'invention, lesdits moyens de mise en rotation sont prévus pour imprimer audit échangeur un mouvement de rotation oscillante autour dudit axe d'empilement selon une fréquence comprise entre 10 et 60 Hz et avantageusement entre 25 et 50 Hz.
La mise en rotation oscillante de l'échangeur à de telles fréquences permet de générer un effort de cisaillement important à la surface des plaques tout en préservant l'intégrité de l'échangeur.
Selon une caractéristique avantageuse, ledit échangeur est mobile en rotation autour dudit axe d'empilement (Δ) selon des oscillations d'amplitude angulaire inférieure ou égale à 15°.
Un échangeur selon l'invention comprend préférentiellement des joints d'étanchéité intercalés entre lesdites plaques, une plaque inférieure de serrage et une plaque supérieure de serrage, lesdites plaques étant maintenues enserrées entre lesdites plaques inférieure et supérieure de serrage au moyen de boulons.
Les plaques d'un échangeur selon l'invention ne sont donc pas solidarisées entre-elles au moyen de cordons de soudures. Elles sont au contraire fixées entre- elles par des boulons. Les échangeurs selon l'invention sont donc faciles et peu coûteux à fabriquer. Ils résistent également bien aux vibrations.
Selon une caractéristique préférentielle, lesdites plaques sont traversées par des perforations permettant le passage desdits fluides, lesdites perforations étant ménagées à la périphérie desdites plaques.
Ceci permet de favoriser le parcours du fluide sur la surface totale d'échange et d'induire un maximum de contraintes de cisaillement au fluide lors de son arrivé sur une plaque.
Ceci permet également de limiter les risques d'encrassement, voire d'obstruction, des perforations des plaques. En effet, le fait de placer les perforations à la périphérie de la plaque, permet d'augmenter les contraintes de cisaillement et donc limiter l'encrassement.
Selon une caractéristique avantageuse, chacune desdites plaques est traversée par deux perforations, lesdites perforations étant ménagées le long de deux axes orthogonaux audit axe d'empilement qui s'étendent dans le plan de ladite plaque et forment entre eux un angle a non nul. Lesdits joints présentent chacun deux passages de fluides diamétralement opposés. Lesdites plaques sont empilées deux à deux en sorte qu'une de leurs perforations coïncide avec une des perforations de la plaque superposée et l'autre de ses perforations se trouve diamétralement opposée à l'autre perforation de ladite plaque superposée. Lesdits joints sont disposés entre lesdites plaques en sorte qu'ils présentent chacun un passage qui coïncide avec deux perforations coïncidantes de deux plaques superposées.
Cette mise en œuvre permet à chacun des fluides circulant dans l'échangeur d'entrer dans l'espace formé entre deux plaques et d'en sortir par des orifices diamétralement opposés. Les sens d'écoulement des fluides chaud et froid se croisent. Les transferts de chaleur au sein de l'échangeur thermique sont ainsi optimisés du fait que l'écoulement des fluides au sein de l'échangeur est proche d'un écoulement de type contre-courant.
Préférentiellement, la valeur dudit angle a est de l'ordre de 90° . Ceci permet d'améliorer encore les échanges thermiques au sein de l'échangeur.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit échangeur comprend des moyens d'activation/désactivation desdits moyens de mise en rotation à intervalle de temps prédéterminé.
L'échangeur peut ainsi être momentanément mis en rotation puis momentanément maintenu immobile pendant des périodes prédéterminées. Ceci peut notamment être le cas lorsque les fluides y circulant sont faiblement encrassants. Il est ainsi possible de réaliser des économies d'énergie.
Selon une autre caractéristique avantageuse, un échangeur selon l'invention comprend des moyens d'injection d'au moins un agent abrasif dans au moins un desdits premier et deuxième fluides en amont desdits premier et/ou deuxième chenaux.
L'effet combiné de la vibration et de ces agent(s) abrasif(s) dans le(s) fluide(s) encrassant(s) a pour but de réduire, encore davantage, les risques éventuels de dépôt sur les surfaces d'échange. Par ailleurs, l'ajout de d'agent(s) abrasif(s) dans le(s) fluide(s) encrassant(s) n'influence pas le fonctionnement normal de l'échangeur thermique et permet de s'affranchir de phase de nettoyage curative. Ces agents abrasifs pourront avantageusement se présenter sous la forme de particules abrasives.
6. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 illustre une vue en perspective d'un échangeur de chaleur vibrant selon l'invention susceptible de tourner autour d'un axe vertical ; la figure 2 illustre des moyens de transmission d'un mouvement de rotation oscillante à un échangeur selon l'invention ;
la figure 3 est une vue en coupe de l'échangeur illustré à la figure 1 selon un plan passant par l'axe de cet échangeur ;
la figure 4 illustre une vue de dessus d'une plaque d'un échangeur selon l'invention ;
la figure 5 illustre une vue de dessus d'un joint central destiné à être interposé entre deux plaques d'un échangeur selon l'invention ;
- la figure 6 illustre une vue en perspective d'un joint périphérique destiné à être interposé entre deux plaques d'un échangeur selon l'invention ;
la figure 7 illustre une vue éclatée d'un empilement de plaques et de joints d'un échangeur selon l'invention ;
la figure 8 illustre une vue en perspective d'un échangeur de chaleur vibrant selon l'invention susceptible de tourner autour d'un axe horizontal.
7. Description d'un mode de réalisation de l'invention
7.1. Rappel du principe de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur un échangeur de chaleur à plaques circulaires empilées de manière concentrique le long d'un axe d'empilement et qui peut être entraînée en rotation oscillatoire par des moyens de mise en rotation autour de l'axe d'empilement.
La mise en œuvre combinée de plaques circulaires concentriques et de moyens pour mettre en rotation oscillante l'échangeur selon l'axe d'empilement des plaques permet, lorsque l'échangeur est mis en mouvement, de créer des phénomènes de cisaillement à la surface des plaques, dus à l'énergie cinétique du fluide, ladite énergie cinétique étant issue de l'énergie mécanique produite par les moyens de mise en rotation oscillante de l'échangeur. Ces phénomènes tendent à limiter voir à supprimer l'accroche à la surface des plaques des particules présentes dans les fluides.
L'invention permet ainsi notamment : d ' éviter ou à tout le moins de ré duire de manière importante l'encrassement de l'échangeur à plaques ;
de favoriser les échanges thermiques entre les fluides circulant à l'intérieur de l'échangeur.
7.2. Exemple d'un échangeur de chaleur selon l'invention
On présente, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation d'un échangeur de chaleur vibrant selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur cette figure 1 , un tel échangeur de chaleur vibrant 10 comprend un échangeur de chaleur à plaques circulaires concentriques 11.
Cet échangeur de chaleur 11 est monté sur un arbre 12 dont l'axe coïncide avec l'axe le long duquel les plaques de l'échangeur 11 sont empilées.
L'arbre 12 est relié à des moyens de mise en rotation oscillante de l'échangeur 11 autour de l'axe d'empilement des plaques.
Dans ce mode de réalisation, les moyens de mise en rotation comprennent un moteur à balourd 13 et des moyens de transmission (non représentés) au moyen desquels l'arbre 12 est relié au moteur 13.
Comme cela est représenté à la figure 2, les moyens de transmission peuvent par exemple comprendre une bielle 20 dont une extrémité est solidarisée à l'arbre de sortie 21 du moteur 13, et dont l'autre extrémité est solidarisée à une poulie 22 solidaire de l'arbre 12. La mise en rotation du moteur 13 engendre une mise en rotation oscillante selon la flèche A de l'arbre 12 ainsi que de l'échangeur 11 qui en est solidaire.
Les moyens de mise en rotation oscillante de l'échangeur sont prévus pour que la fréquence des oscillations soit égale à 40 Hz. Dans des variantes, la fréquence des oscillations pourra être comprise entre 10 et 60 Hz et préférentiellement entre 25 et 50 Hz.
D'autres moyens de mise en rotation pourront être mis en œuvre dans des variantes de ce mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, l'arbre 12 s'étend verticalement et les plaques de l'échangeur 11 s'étendent horizontalement.
La figure 3 illustre une vue en coupe selon le plan P de l'échangeur de chaleur à plaques 11, qui dans ce mode de réalisation est de type multi-passe et la circulation des fluides se fait à contre-courant.
Comme cela apparaît sur cette figure 3, l'échangeur de chaleur 1 1 comprend une pluralité de plaques 31 empilées les unes sur les autres de manière concentrique le long d'un axe d'empilement Δ. Des joints d'étanchéité 32 et 48 sont intercalés entre les plaques 31. Les plaques 31 et les joints 32, 48 sont maintenus empilés entre une plaque inférieure de serrage 33 et une plaque supérieure de serrage 34 solidarisées entre-elles au moyen de vis 35 qui traversent de part en part la plaque de serrage supérieure 34, les plaques 31 , les joints 32 et viennent se visser dans la plaque de serrage inférieure 33.
Une plaque de compensation 36 est intercalée entre la plaque de serrage inférieure 33 et la dernière plaque 31 ' . Cette plaque de compensation 36 peut permettre, lorsqu'elle est retirée, l'ajout d'autres plaques 31 pour modifiée les performances de l'échangeur 11 en fonctions des performances souhaitées. Elle permet en outre de moduler la masse de l'échangeur selon le nombre de plaques et de joints mis en œuvre de façon à respecter les contraintes de torsion admissible par l'arbre.
Cette plaque de compensation constitue donc un élément de sécurité. Afin que l'arbre se torde de manière convenable, l'échangeur de chaleur doit présenter une masse donnée qui est déterminée par les caractéristiques mécaniques et géométriques de l'arbre. Ainsi, si le nombre de plaques et joints est insuffisant pour atteindre cette masse déterminée, il faut rajouter de la masse, d'où la mise en œuvre de la plaque de compensation.
Dans ce mode de réalisation, les plaques 31 sont évidées en leur centre. Une tige filetée 37 vissée dans la plaque de serrage inférieure 33 s'étend perpendiculairement à celle-ci. Les plaques 31 sont empilées le long de la tige filetée 37. Un écrou 38 vissé à l'extrémité de la tige filetée 37 est serré contre la plaque de serrage supérieure 34 pour maintenir les plaques 31 comprimées les unes contre les autres en leur centre.
Une extrémité 39 de l'arbre 12 est solidarisée à la plaque de serrage inférieure 33 au moyen de vis 40 de telle manière que l'axe Θ de l'arbre 12 coïncide avec l'axe d'empilement Δ.
Les plaques 31 définissent un premier chenal permettant la circulation d'un premier fluide et un deuxième chenal permettant la circulation d'un deuxième fluide, les premier et deuxième chenaux étant disposés l'un par rapport à l'autre pour permettre aux premier et deuxième fluides d'échanger de la chaleur.
L'échangeur 1 1 présente une première entrée 41 et une première sortie 42 pour le premier fluide. Il présente également une deuxième entrée 43 et une deuxième sortie 44 pour le deuxième fluide.
La figure 4 illustre une vue de dessus d'une plaque 31.
Ainsi que cela est représenté sur cette figure 4, les plaques 31 présentent un contour circulaire et un évidemment central 47. Elles sont percées tout le long de leur périphérie par des trous 45 prévus pour permettre le passage des vis 35. Elles sont également traversées par deux perforations 46 ménagées le long de deux axes orthogonaux à l'axe d'empilement Δ qui s'étendent dans le plan de chaque plaque 31 et forment entre eux un angle a non nul. Dans ce mode de réalisation, l'angle a est égal à 90°. Ces perforations 46 sont ménagées à la périphérie des plaques 31 et permettent respectivement le passage des premier et deuxième fluides. Les plaques 31 présentent une épaisseur inférieure à 1 millimètre. Elles peuvent être réalisées en alliages métalliques classiques (aciers, aciers inoxydable...), en plastique, en matériaux nobles tels que le titanium ou à qualifications élevées en terme de chaudronnerie (tantalum, zirconium...). Elles peuvent également être réalisées en matériaux multicouches (par exemple bi ou tricouches) qui permettent de réduire la résistance au transfert thermique et d'augmenter la résistance à la corrosion (par exemple un matériau bicouche titane/acier carbone). Le choix du matériau mis en œuvre pour la fabrication des plaques 31 dépend de la nature des fluides circulant à leur surface. La figure 5 illustre un joint d'étanchéité central 48 destiné à être intercalé entre les plaques 31 au niveau du contour de leur évidemment central 47. Il s'agit par exemple d'un joint torique en caoutchouc.
La figure 6 illustre un joint d'étanchéité périphérique 32 destiné à être intercalé entre les plaques 31 au niveau de leur contour périphérique extérieur. Il s'agit d'un joint plat annulaire. Il est traversé tout le long de sa périphérie par des perçages 49 prévus pour permettre le passage des vis 35. Ce joint présente également deux passages de fluides 50 diamétralement opposés prévus pour coïncider avec certaines des perforations 46 de certaines plaques 31 comme il sera expliqué plus en détail par la suite. Il est par exemple réalisé en caoutchouc.
La figure 7 illustre la manière selon laquelle sont empilées les plaques 31. Dans ce mode de réalisation, l'échange thermique est de type mono-passe et se fait à contre-courant. Les plaques 31 sont empilées deux à deux en sorte qu'une de leurs perforations 46 coïncide avec une des perforations 46 de la plaque 31 superposée et l'autre de ses perforations 46 se trouve diamétralement opposée à l'autre perforation 46 de la plaque 31 superposée. Les joints périphériques 32 sont disposés entre les plaques 31 en sorte qu'ils présentent chacun un passage 50 qui coïncide avec deux perforations 46 coïncidant de deux plaques 31 superposées.
Plus précisément, un joint périphérique 32 est posé sur la plaque de serrage inférieure 33 en sorte que l'un de ses passages 50 coïncide avec la deuxième sortie 44. Un joint central 48 est déposé au centre de la plaque de serrage inférieure 33. Une plaque 31 est ensuite déposée sur le joint 32 de façon telle que l'une de ses perforations 46 coïncide avec le passage 50 du joint 32 coïncidant avec la deuxième sortie 44, et l'autre de ses perforations 46 soit diamétralement opposée à la première entrée 41. Un autre joint périphérique 32 est déposé sur la plaque 31 de façon telle que l'un de ses passages 50 coïncide avec la perforation 46 diamétralement opposée à la première entrée 41. Un joint central 48 est déposé au centre de la plaque 31. Une nouvelle plaque 31 est déposée sur les joints 32 et 48 de manière telle que l'une de ses perforations 46 coïncide avec le passage 50 du joint 32 coïncidant avec la perforation 46 et que l'autre de ses perforations 46 soit diamétralement opposée à l'autre perforation 46 de la plaque 31 précédente. Une pluralité de plaques 31 et de joints 32, 48 sont empilés selon ce principe, la dernière plaque étant constituée par la plaque de serrage supérieure 34 dont la première sortie 42 est diamétralement opposée à l'une des perforations 46 de la plaque 31 précédente et la deuxième entrée 43 coïncide avec l'autre perforation 46.
Les plaques 31 définissent ainsi un premier chenal permettant la circulation du premier fluide Fl et un deuxième chenal permettant la circulation du deuxième fluide F2, les premier et deuxième chenaux étant disposés l'un par rapport à l'autre pour permettre aux premier et deuxième fluides d'échanger de la chaleur. Le premier fluide Fl entre dans l'échangeur par la première entrée 41 et en ressort par la première sortie 42. Le deuxième fluide F2 entre dans l'échangeur par la deuxième entrée 43 et en ressort par la deuxième sortie 44. Les premier et deuxième fluides circulent à l'intérieur de l'échangeur et y échangent de la chaleur sans entrer en contact l'un avec l'autre.
Comme cela apparaît plus clairement sur la figure 1, les plaques de serrage inférieure 33 et supérieure 34 sont traversées par quatre perçages 14 pouvant assurer le rôle d'entrée ou de sortie. Selon le nombre de plaques mises en œuvre, deux des perçages de chaque plaque de serrage seront obturés de manière telle que les fluides circulent à l'intérieur de l'échangeur comme cela vient d'être décrit.
7.3. Variantes
La figure 8 illustre une variante d'un échangeur de chaleur vibrant selon l'invention dans lequel l'arbre 12 s'étend horizontalement et les plaques de l'échangeur 11 s'étendent verticalement.
Selon une variante, les plaques de l'échangeur pourront ne pas être évidées en leur centre.
Les matériaux mis en œuvre pour la fabrication des plaques et des joints d'étanchéité pourront être choisis selon la nature des fluides circulants à travers l'échangeur. Les fluides traversant l'échangeur de chaleur pourront être à l'état liquide ou à l'état gazeux. Les différents fluides traversant l'échangeur pourront chacun présenter un état différent. L'un pourra se trouver à l'état liquide et l'autre à l'état gazeux.
En outre, selon les caractéristiques des fluides et notamment de leur pouvoir d'encrassement, il pourra être prévu d'y ajouter, de façon périodique ou continue, des particules présentant des propriétés abrasives. L'effet combiné de la vibration et de ces particules abrasives dans les fluides encrassants a pour but de réduire, encore davantage, les risques éventuels de dépôt sur les surfaces d'échange. Par ailleurs, l'ajout de particules abrasives dans les fluides encrassants n'empêche pas le fonctionnement normal de l'échangeur thermique et permet de s'affranchir de phase de nettoyage curative.
Les particules présentant des propriétés abrasives pourront être du type microbille de verre, microbille en céramique, micro-sable, particule d'oxyde métallique. De façon préférentielle, les particules ajoutées présenteront une dureté inférieure à celle du matériau constituant les plaques d'échange thermique de façon à ne pas endommager lesdites plaques. Enfin, les particules abrasives présenteront une granulométrie comprise entre 30 et 200μιη.
Ces particules abrasives seront introduites dans les fluides encrassants en amont de l'échangeur thermique directement dans la canalisation d'amenée du fluide encrassant.
Dans une variante, on équipera la canalisation d'amenée d'un mélangeur statique placé en aval de la zone d'introduction des particules abrasives dans la canalisation d'amenée afin d'assurer un mélange homogène des particules abrasives dans le fluide encrassant.
L'échangeur de chaleur peut être mono-passe ou multi-passe. La circulation des deux fluides au sein de l'échangeur peut s'effectuer soit à contre- courant, soit à co-courant.
L'échangeur pourra être équipé de façon optionnelle de moyens d'activation/désactivation des moyens de mise en rotation oscillante à intervalles prédéterminés. La mise en marche, à intervalle de temps prédéterminé, des moyens de mise en rotation oscillante, permet de faire des économies d'énergie. Toutefois, le choix d'activer les moyens de mise en rotation oscillante se fera en fonction des caractéristiques des fluides et notamment de leur pouvoir d'encrassement. Aussi, selon la nature du fluide encrassant, il pourra être décidé que les moyens de mise en rotation fonctionnent en continu ou en discontinu.
Les moyens d'activation/désactivation sont notamment constitués d'une minuterie ou d'un automate apte à être programmé pour mettre en marche ou mettre à l'arrêt, à intervalles de temps prédéterminés, les moyens de mise en rotation oscillante.
7.4. Avantages
La mise en œuvre de l'invention permet de prévenir l'encrassement d'un échangeur à plaques sans nécessiter l'emploi d'adjuvants ni de produits chimiques. Elle permet ainsi également d'augmenter les transferts de chaleur au sein de Γ échangeur.
Compte tenu que la technique selon l'invention permet d'améliorer les transferts thermiques au sein de Γ échangeur, il est possible de réduire la taille de Γ échangeur à niveau de performance égale. Ceci participe à réduire le coût de fabrication d'un échangeur.
La réduction de la taille de Γ échangeur permet également de réduire le dimensionnement des pompes mises en œuvre pour faire circuler les fluides à travers Γ échangeur.
Le fait de mettre en œuvre des plaques évidées en leur centre permet d'éviter le bombage des plaques. Ceci permet de diminuer l'épaisseur des plaques et de réduire en conséquence la quantité de matière première nécessaire à la fabrication d'un échangeur vibrant. La mise en œuvre de cette caractéristique conduit ainsi à abaisser le coût de fabrication d'un échangeur vibrant. Elle permet également d'améliorer les échanges thermiques au sein de l'échangeur.
L'assemblage des plaques par boulonnage facilite également le montage comparativement aux techniques d'assemblage par soudage. Elle permet en outre l'utilisation de matériaux à haute résistance à la corrosion qui sont la plupart du temps difficiles à souder. Ce mode d'assemblage est également polyvalent dans la mesure où il autorise l'ajout ou la suppression de plaques afin de modifier le niveau de performance de l'échangeur en fonction des besoins.

Claims

REVENDICATIONS
1. Echangeur de chaleur vibrant (10) comprenant une pluralité de plaques (31) empilées les unes sur les autres, lesdites plaques (31) définissant un premier chenal permettant la circulation d'un premier fluide (Fl) et un deuxième chenal permettant la circulation d'un deuxième fluide (F2), lesdits premier et deuxième chenaux étant disposés l'un par rapport à l'autre pour permettre auxdits premier (Fl) et deuxième (F2) fluides d'échanger de la chaleur,
caractérisé en ce que lesdites plaques (31) sont circulaires et empilées de manière concentrique le long d'un axe d'empilement (Δ),
et en ce qu'il comprend des moyens de mise en rotation oscillante (12, 13, 20, 21, 22) dudit échangeur autour dudit axe d'empilement (Δ).
2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites plaques (31) sont évidées en leur centre.
3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites plaques (31) présentent une épaisseur inférieure à un millimètre.
4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en rotation oscillante comprennent un moteur à balourd (13) et un arbre (12) relié audit moteur (13) et solidarisé audit échangeur, l'axe dudit arbre (12) étant confondu avec ledit axe d'empilement (Δ).
5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit axe d'empilement (Δ) s'étend verticalement.
6. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit axe d'empilement (Δ) s'étend horizontalement.
7. Echangeur selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en rotation (12, 13, 20, 21 , 22) sont prévus pour imprimer audit échangeur un mouvement de rotation oscillante autour dudit axe d'empilement (Δ) selon une fréquence comprise entre 10 et 60 Hz.
8. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des joints d'étanchéité (32) intercalés entre lesdites plaques (31), une plaque inférieure de serrage (33) et une plaque supérieure de serrage (34), lesdites plaques (31) étant maintenues enserrées entre lesdites plaques inférieure (33) et supérieure (34) de serrage au moyen de boulons (35).
9. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites plaques (31) sont traversées par des perforations (46) permettant le passage desdits fluides, lesdites perforations (46) étant ménagées à la périphérie desdites plaques (31).
10. Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacune desdites plaques (31) est traversées par deux perforations (46), lesdites perforations (46) étant ménagées le long de deux axes perpendiculaires audit axe d'empilement (Δ) qui s'étendent dans le plan de ladite plaque (31) et forment entre eux un angle (a) non nul et en ce que lesdits joints (32) présentent chacun deux passages de fluides (50) diamétralement opposés, lesdites plaques (31) étant empilées deux à deux en sorte qu'une de leur perforations (46) coïncide avec une des perforations (46) de la plaque (31) superposée et l'autre de ses perforations (46) se trouve diamétralement opposée à l'autre perforation (46) de ladite plaque superposée (31), et lesdits joints (32) sont disposés entre lesdites plaques (31) en sorte qu'ils présentent chacun un passage (50) qui coïncide avec deux perforations (46) coïncidantes de deux plaques (31) superposées.
11. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit échangeur est mobile en rotation autour dudit axe d'empilement
(Δ) selon des oscillations d'amplitude angulaire inférieure ou égale à 15°.
12. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'activation/désactivation desdits moyens de mise en rotation à intervalle de temps prédéterminé.
13. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'injection d'au moins un agent abrasif dans au moins un desdits premier et deuxième fluides en amont desdits premier et/ou deuxième chenaux.
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